Teško je raspravljati se s tvrdnjom da je priroda ta koja ima najživlju maštu. Svaki od predstavnika flore i faune ima svoje jedinstvene, a ponekad čak i čudne osobine koje nam često ne stoje u glavi. Uzmimo, na primjer, iste škampe bogomoljke. Ovo grabežljivo stvorenje sposobno je da napadne žrtvu ili prestupnika svojim moćnim kandžama pri brzini od 83 km/h, a njihov vizualni sistem jedan je od najsloženijih koje je čovjek ikada proučavao. Mantis škampi, iako žestoki, nisu posebno veliki - do 35 cm dužine. Najveći stanovnik mora i okeana, kao i planete općenito, je plavi kit. Dužina ovog sisara može doseći više od 30 metara, a težina je 150 tona. Unatoč impresivnoj veličini, plavi kitovi se teško mogu nazvati strašnim lovcima, jer. više vole plankton.
Anatomija plavih kitova oduvijek je bila zanimljiva naučnicima koji žele bolje razumjeti kako u njemu funkcionišu tako ogromni organizam i organi. Unatoč činjenici da za postojanje plavih kitova znamo već nekoliko stotina godina (tačnije od 1694. godine), ovi divovi nisu otkrili sve svoje tajne. Danas ćemo pogledati studiju u kojoj je grupa naučnika sa Univerziteta Stanford razvila uređaj koji je snimio prve snimke otkucaja srca plavog kita. Kako radi srce vladara mora, do kojih su otkrića naučnici došli i zašto ne može postojati organizam veći od plavog kita? O tome saznajemo iz izvještaja istraživačke grupe. Idi.
Exploration Hero
Plavi kit je najveći sisavac, najveći stanovnik mora i okeana, najveća životinja, najveći kit. Šta reći, plavi kit je zaista najbolji po dimenzijama - dužine 33 metra i težine 150 tona. Cifre su približne, ali ništa manje impresivne.
Čak i glava ovog diva zaslužuje posebnu liniju u Ginisovoj knjizi rekorda, jer zauzima oko 27% ukupne dužine tela. U isto vrijeme, oči plavih kitova su prilično male, ne veće od grejpa. Ako će vam biti teško vidjeti oči kita, tada ćete odmah primijetiti usta. Usta plavog kita mogu primiti do 100 ljudi (jeziv primjer, ali plavi kitovi ne jedu ljude, barem ne namjerno). Velika veličina usta posljedica je gastronomskih preferencija: kitovi jedu plankton, gutaju ogromne količine vode, koju potom ispuštaju kroz sito, filtrirajući hranu. U prilično povoljnim okolnostima, plavi kit apsorbira oko 6 tona planktona dnevno.
Još jedna važna karakteristika plavih kitova su njihova pluća. Oni su u stanju da zadrže dah 1 sat i zarone do dubine od 100 m. Ali, kao i drugi morski sisari, plavi kitovi povremeno izlaze na površinu vode kako bi udahnuli. Izdižući se na površinu vode, kitovi koriste otvor za disanje - otvor za disanje iz dvije velike rupe (nozdrve) na potiljku. Izdisanje kita kroz puhalo često je praćeno vertikalnom fontanom vode visine do 10 m. S obzirom na karakteristike staništa kitova, njihova pluća rade mnogo efikasnije od naših - kitova pluća apsorbuju 80-90% kiseonika , a naše samo oko 15%. Zapremina pluća je oko 3 hiljade litara, kod ljudi ova brojka varira u području od 3-6 litara.
Model srca plavog kita u muzeju u New Bedfordu (SAD).
Cirkulacioni sistem plavog kita takođe je pun rekordnih parametara. Na primjer, njihove žile su jednostavno ogromne, samo promjer aorte je oko 40 cm. Srce plavih kitova smatra se najvećim srcem na svijetu i teško je oko tonu. Sa tako velikim srcem, kit ima puno krvi - više od 8000 litara u odrasloj osobi.
I tako smo glatko pristupili suštini same studije. Srce plavog kita je veliko, kao što smo već shvatili, ali kuca prilično sporo. Ranije se vjerovalo da je puls oko 5-10 otkucaja u minuti, u rijetkim slučajevima i do 20. Ali do sada niko nije napravio tačna mjerenja.
Naučnici sa Univerziteta Stanford kažu da je skala u biologiji od velikog značaja, posebno kada je u pitanju određivanje funkcionalnih karakteristika organa živih bića. Proučavanje različitih stvorenja, od miševa do kitova, omogućava vam da odredite granice veličine koje živi organizam ne može prijeći. A srce i kardiovaskularni sistem u cjelini važni su atributi takvih studija.
Kod morskih sisara, čija se fiziologija u potpunosti prilagodila njihovom načinu života, prilagodba ronjenja i zadržavanja daha igra važnu ulogu. Utvrđeno je da kod mnogih takvih stvorenja, tokom ronjenja, broj otkucaja srca pada na nivoe ispod stanja mirovanja. A kada se izdignete na površinu, otkucaji srca postaju brži.
Smanjen broj otkucaja srca tijekom ronjenja je neophodan kako bi se smanjila brzina isporuke kisika tkivima i stanicama, čime se usporava proces iscrpljivanja rezervi kisika u krvi i smanjuje potrošnja kisika u samom srcu.
Postoji hipoteza da vježba (tj. povećana fizička aktivnost) modulira odgovor na ronjenje i povećava broj otkucaja srca tokom ronjenja. Ova hipoteza je posebno važna za proučavanje plavih kitova, jer bi zbog posebnog načina hranjenja (naglo progutati vodu), brzina metabolizma, u teoriji, trebala premašiti osnovne vrijednosti (stanje mirovanja) za 50 puta. Pretpostavlja se da takvi iskoraci ubrzavaju iscrpljivanje kisika, a samim tim smanjuju i trajanje ronjenja.
Pojačani broj otkucaja srca i povećani prijenos kisika iz krvi u mišiće tokom iskora mogu igrati važnu ulogu zbog metaboličke cijene takve fizičke aktivnosti. Osim toga, vrijedi uzeti u obzir nisku koncentraciju mioglobin* (Mb) kod plavih kitova (5-10 puta manje nego kod drugih morskih sisara: 0.8 g Mb na 100 g-1 mišića kod plavih kitova i 1.8-10 g Mb kod drugih morskih sisara.
mioglobin* - protein koji vezuje kiseonik skeletnog mišića i srčanog mišića.
Kao zaključak, fizička aktivnost, dubina ronjenja i voljna kontrola mijenjaju broj otkucaja srca tokom ronjenja kroz autonomni nervni sistem.
Dodatni faktor u smanjenju otkucaja srca može biti kompresija/širenje pluća tokom ronjenja/izrona.
Stoga je broj otkucaja srca tokom ronjenja i tokom boravka na površini direktno povezan sa obrascima arterijske hemodinamike.
kit peraja
Ranija studija biomehaničkih svojstava i dimenzija zidova aorte kod kitova peraja (Balaenoptera physalus) su pokazali da tokom ronjenja pri pulsu ≤10 otkucaja/min, luk aorte ostvaruje efekat rezervoara (Windkessel efekat), koji dugo održava protok krvi dijastolni periodi* između otkucaja srca i smanjuje pulsiranje protoka krvi u krutu distalnu aortu.
dijastola* (dijastolni period) - period opuštanja srca između kontrakcija.
Sve prethodno opisane hipoteze, teorije i zaključci moraju imati materijalne dokaze, odnosno biti potvrđene ili opovrgnute u praksi. Ali za to morate provesti elektrokardiografiju plavog kita koji se slobodno kreće. Jednostavne metode ovdje neće raditi, jer su naučnici kreirali vlastiti uređaj za elektrokardiografiju.
Video u kojem istraživači ukratko govore o svom radu.
EKG kita je snimljen korištenjem EKG snimača po mjeri ugrađenog u posebnu kapsulu sa 4 vakuumske čašice. Površinske EKG elektrode bile su ugrađene u dvije vakuumske čaše. Istraživači su otišli čamcem u zaliv Monterey (Tihi okean, blizu Kalifornije). Kada su naučnici konačno naišli na plavog kita koji je isplivao na površinu vode, pričvrstili su EKG snimač na njegovo tijelo (pored lijeve peraje). Prema ranije prikupljenim podacima, ovaj kit je mužjak sa 15 godina. Važno je napomenuti da je ovaj uređaj neinvazivan, odnosno ne zahtijeva uvođenje bilo kakvih senzora ili elektroda u kožu životinje. Odnosno, za kita je ovaj postupak potpuno bezbolan i uz minimalan stres od ljudskog kontakta, što je također izuzetno važno s obzirom na to da se uzimaju očitanja otkucaja srca koja bi zbog stresa mogla biti iskrivljena. Rezultat je bio 8.5-satni EKG snimak iz kojeg su naučnici mogli da naprave profil otkucaja srca (slika ispod).
Slika #1: Profil otkucaja srca plavog kita.
EKG talasni oblik bio je sličan onom snimljenom kod malih kitova u zatočeništvu pomoću istog uređaja. Ponašanje kita u potrazi za hranom bilo je sasvim normalno za njegovu vrstu: ronjenje u trajanju od 16.5 minuta do dubine od 184 m i površinski intervali od 1 do 4 minute.
Profil otkucaja srca, u skladu sa kardiovaskularnim odgovorom na ronjenje, pokazao je da je broj otkucaja srca od 4 do 8 otkucaja u minuti dominirao u nižoj fazi ronjenja u potrazi za hranom, bez obzira na trajanje ronjenja ili maksimalnu dubinu. Brzina otkucaja srca zarona (izračunata tokom cijelog trajanja ronjenja) i minimalni trenutni broj otkucaja srca tokom ronjenja smanjivali su se s trajanjem ronjenja, dok se maksimalni površinski otkucaj srca nakon ronjenja povećavao s trajanjem ronjenja. Odnosno, što je kit duže bio pod vodom, srce je sporije kucalo tokom ronjenja i brže nakon uspona.
Zauzvrat, alometrijske jednadžbe za sisare navode da kit težak 70000 kg ima srce teško 319 kg, a njegov udarni volumen (volumen krvi izbačene po otkucaju) je oko 80 litara, stoga bi otkucaji srca u mirovanju trebali biti 15 otkucaja. / min.
Tokom nižih faza ronjenja, trenutni broj otkucaja srca bio je 1/3 do 1/2 predviđenog otkucaja srca u mirovanju. Međutim, broj otkucaja srca se povećao tokom faze uspona. U površinskim intervalima, broj otkucaja srca bio je oko dva puta veći od predviđenog otkucaja srca u mirovanju i uglavnom se kretao od 30 do 37 otkucaja u minuti nakon dubokih ronjenja (>125 metara) i od 20 do 30 otkucaja u minuti nakon plićih ronjenja.
Ovo zapažanje može ukazivati na to da je ubrzanje otkucaja srca neophodno da bi se postigla željena izmjena respiratornih plinova i reperfuzija (obnavljanje protoka krvi) tkiva između dubokih ronjenja.
Plitki, kratki noćni zaroni povezani su s odmorom i stoga su karakterističniji za manje aktivno stanje. Uobičajeni otkucaji srca koji se vide kod 5-minutnog noćnog ronjenja (8 otkucaja u minuti) i prateći 2-minutni površinski interval (25 otkucaja u minuti) mogu zajedno rezultirati otkucajima srca reda veličine 13 otkucaja u minuti. Ova brojka je, kao što vidimo, iznenađujuće bliska izračunatim predviđanjima alometrijskih modela.
Naučnici su zatim profilisali broj otkucaja srca, dubinu i relativni kapacitet pluća u 4 odvojena zarona kako bi istražili potencijalni uticaj fizičke aktivnosti i dubine na regulaciju otkucaja srca.
Slika #2: Profili otkucaja srca, dubine i relativnog volumena pluća iz 4 odvojena zarona.
Dok jede hranu na velikim dubinama, kit izvodi određeni manevar iskora - oštro otvara usta da proguta vodu s planktonom, a zatim filtrira hranu. Uočeno je da je broj otkucaja srca u trenutku gutanja vode 2.5 puta veći nego u trenutku filtriranja. To direktno ukazuje na ovisnost otkucaja srca o fizičkoj aktivnosti.
Što se tiče pluća, njihov uticaj na broj otkucaja srca je malo verovatan, jer nisu primećene značajne promene u relativnom volumenu pluća tokom predmetnih ronjenja.
Istovremeno, u nižim fazama plitkih ronjenja, kratkotrajno povećanje otkucaja srca bilo je povezano upravo s promjenama u relativnom volumenu pluća i moglo je biti uzrokovano aktivacijom receptora za rastezanje pluća.
Sumirajući gore navedena zapažanja, naučnici su došli do zaključka da tokom hranjenja na velikim dubinama dolazi do kratkog povećanja otkucaja srca za 2.5 puta. Međutim, prosječni vršni broj otkucaja srca tokom iskoraka u vrijeme hranjenja i dalje je bio samo polovina predviđene vrijednosti u mirovanju. Ovi podaci su u skladu sa hipotezom da fleksibilni lukovi aorte velikih kitova ostvaruju efekat rezervoara tokom sporih otkucaja srca tokom ronjenja. Osim toga, raspon viših otkucaja srca tokom perioda nakon ronjenja podržava hipotezu da se impedansa aorte i opterećenje srca smanjuju tokom površinskog intervala zbog destruktivne interferencije izlaznih i reflektiranih valova pritiska u aorti.
Ekstremna bradikardija koju su primijetili istraživači neočekivani je rezultat studije, s obzirom na kolosalan napor koji kitovi zahtijevaju da skoči kada guta vodu s planktonom. Međutim, metabolički trošak ovog manevra možda neće odgovarati pulsu ili konvektivnom transportu kisika dijelom zbog kratkog trajanja hranjenja i mogućeg angažovanja glikolitičkih, brzih mišićnih vlakana.
Tokom iskora, plavi kitovi ubrzavaju do velikih brzina i upijaju količinu vode koja može biti veća od njihovog tijela. Naučnici sugeriraju da veliki otpor i energija potrebna za brzo manevriranje iscrpljuju ukupnu opskrbu tijela kisikom, što ograničava vrijeme ronjenja. Mehanička sila potrebna za apsorpciju velikih količina vode vjerovatno će daleko premašiti aerobnu metaboličku silu. Zbog toga se tokom izvođenja ovakvih manevara broj otkucaja srca, iako se povećavao, ali za vrlo kratko vrijeme.
Za detaljnije upoznavanje sa nijansama studije, preporučujem da pogledate .
Epilog
Jedan od najvažnijih nalaza je da plavi kitovi zahtijevaju skoro maksimalan broj otkucaja srca za razmjenu plinova i reperfuziju tokom kratkih površinskih intervala, bez obzira na obrazac iscrpljivanja kisika u krvi i mišićima tijekom ronjenja. S obzirom na to da veći plavi kitovi moraju uložiti više rada u kraćem vremenskom periodu kako bi dobili hranu (prema hipotezama alometrije), oni se neizbježno suočavaju s nekoliko fizioloških ograničenja kako tijekom ronjenja tako i tijekom površinskog intervala. A to znači da je evolucijski veličina njihovog tijela ograničena, jer da je veće, proces dobivanja hrane bio bi vrlo skup i ne bi se kompenzirao primljenom hranom. Sami istraživači vjeruju da srce plavog kita radi na granici svojih mogućnosti.
U budućnosti, naučnici planiraju proširiti mogućnosti svog uređaja, uključujući dodavanje akcelerometra kako bi bolje razumjeli utjecaj različitih fizičkih aktivnosti na broj otkucaja srca. Također planiraju koristiti svoj EKG senzor na drugim morskim životinjama.
Kako je ovo istraživanje pokazalo, biti najveće stvorenje sa najvećim srcem nije tako lako. Međutim, bez obzira na to koliko su morska stvorenja velika, ma kakvu ishranu se pridržavali, moramo shvatiti da vodeni stupac, koji ljudi koriste za ribolov, rudarstvo i transport, ostaje njihov dom. Mi smo samo gosti i zato se moramo ponašati u skladu sa tim.
petak van vrha:
Rijetki snimak plavog kita koji pokazuje kapacitet njegovih usta.
Još jedan morski div je kit sperma. U ovom videu, naučnici su koristeći daljinski upravljani ROV Hercules snimili radoznalog kita spermatozoida na dubini od 598 metara.
Hvala na gledanju, budite radoznali i ugodan vikend svima! 🙂
Hvala vam što ste ostali s nama. Da li vam se sviđaju naši članci? Želite li vidjeti još zanimljivih sadržaja? Podržite nas naručivanjem ili preporukom prijateljima, , 30% popusta za korisnike Habra na jedinstveni analog početnih servera, koji smo mi osmislili za vas: (dostupno sa RAID1 i RAID10, do 24 jezgra i do 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 puta jeftiniji? Samo ovdje u Holandiji! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - od 99 USD! Pročitajte o
izvor: www.habr.com